一种基于飞秒激光诱导的物理不可克隆纳米纹理

近日，西安电子科技大学杭州研究院先进视觉研究所石理平教授团队近日提出了一种基于飞秒激光诱导的物理不可克隆纳米纹理，并将其应用于高安全等级身份证卡防伪。研究结合飞秒激光与人工智能的双重技术优势，将进一步推动飞秒激光技术在身份安全领域的发展。

据介绍，传统的防伪技术构建起了复杂的“制证工艺长城”，意在打造工艺壁垒，提高仿造的技术难度和成本。然而，这一方法存在一个致命缺陷：证件本身没有独一无二的物理防伪标识，缺少“证卡载体”与“识别个人”之间的唯一性绑定防伪元素。一旦关键工艺被破解，证件即可轻松复制，带来难以估量的风险。

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飞秒光场空间整形打印

针对防伪领域的这一问题，物理不可克隆(PUF，Physical Unclonable Function)技术出现，成为极具潜力的解决方案。这项技术能够为每个证卡打造专属的“生物指纹”，在物理层面上实现了真正的不可复制性。但是，目前大部分PUF标签仍通过缓慢的化学合成实现，存在性质不稳定、制造效率低等问题，难以进行大规模批量生产。

为解决影响PUF实际应用中的瓶颈问题，石理平教授研究团队创新利用飞秒激光技术，在硅与金属多层纳米膜前驱体上激发表面等离子体波的干涉效应，生成独特的PUF纳米纹理。该纳米纹理在飞秒激光照射的0.1秒内即可形成，无需依赖缓慢化学反应过程，也不使用有毒有害原料，微观防伪图案得以高质量、快速打印，显著提升生产效率。

此外，飞秒激光“冷加工”的特性，使其能够兼容常用的聚合物证卡材料。考虑到身份证卡的使用场景及用户心理，PUF纳米纹理的防伪图案在宏观上呈现可变结构色，兼顾高安全等级防伪特性的同时，也提高了证卡防伪元素的美观性。

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用于 PUF 的飞秒激光诱导硅纳米织造物

相关研究还表明，这种PUF纳米纹理在飞秒激光作用下，硅的晶态从非晶态转变到多晶态，并在纹理表面形成氧化层保护膜，极大地增强了其防复制性。这一独特的飞秒激光诱导重结晶PUF纳米纹理具备生物指纹般的独特性，在光学显微镜、扫描电镜和原子力显微镜等检测设备下显示出极高的防伪特性，克服了传统浮雕结构PUF可能被扫描光刻或纳米压印复制的技术难题。

为使这项防伪技术在实际应用中更具便利性和普适性，研究团队进一步将轻量化神经网络MobileViT应用到PUF纳米纹理的识别认证，构建了身份证卡从生产制造到终端认证的完整防伪体系。

相关链接：https://doi.org/10.1002/advs.202411449